CN103424419B

CN103424419B - 具有自适应扫描的扫描显微镜

Info

Publication number: CN103424419B
Application number: CN201310181310.3A
Authority: CN
Inventors: C.巴奇; B.范利尔
Original assignee: FEI Co
Current assignee: FEI Co
Priority date: 2012-05-17
Filing date: 2013-05-16
Publication date: 2019-08-06
Anticipated expiration: 2033-05-16
Also published as: JP6479303B2; EP2665083A2; EP2665083A3; US20130307957A1; JP2013243128A; US9041793B2; CN103424419A

Abstract

一种使用扫描显微镜快速地形成区域的数字图像的方法。该方法包括执行一组初始扫描以形成该区域的引导像素集，并使用引导像素集来识别表示区域中感兴趣结构的区块。然后，对表示感兴趣结构的区块执行附加扫描以收集更多数据以进一步评估区块中的像素，而不扫描区域中的其他地方。

Description

具有自适应扫描的扫描显微镜

技术领域

本发明涉及用于扫描显微镜中的自适应扫描的方法和并入该方法的装置。

背景技术

通过扫描电子显微镜（SEM）/聚焦离子束（FIB）双射束设备形成体积的高分辨率数字图像是生物（组织检查）和自然资源开采（岩芯样本检查）领域中渐趋有用的工具。在此技术中，FIB迭代地将要成像的体积切片，从而渐次地暴露表面以及SEM获得每个暴露的表面的图像。此过程可能需要收集巨量数据，通常在千兆像素范围中。此数据收集可能非常耗时，耗费大概在从4至60小时之间。对于尝试尽可能快地更多了解有关问题本质的研究人员来说，需要等待这样长时段可意味着主要障碍。而且，它限制了设备的吞吐量。

发明内容

本文提供一种方法和装置的实施例，其用于扫描样品以形成数字成像，其中最初收集一组引导数据并将其用于从进一步扫描去除确定为不感兴趣的样品的区块。从扫描去除不感兴趣区块加快了扫描，从而使得过程更有效率。

在第一单独方面中，本发明可以采取一种使用扫描显微镜来快速形成区域的数字图像的方法的形式。该方法包括执行一组初始扫描以形成该区域的引导像素集，并使用引导像素集来识别表示区域中感兴趣结构的区块。然后，对表示感兴趣结构的区块执行附加扫描以收集更多数据以进一步评估该区块中的像素，而不扫描区域中的其他地方。

在第二单独方面中，本发明可以采取扫描显微镜组装件的形式，该扫描显微镜组装件适合于执行区域的扫描，并且作为执行区域的扫描的一部分，适合于执行一组初始扫描以形成该区域的引导像素集，然后使用该引导像素集以识别表示区域中感兴趣结构的区块。然后，该显微镜执行对表示感兴趣结构的区块的附加扫描以收集更多数据以进一步评估该区块中的像素，而不扫描区域中的其他地方。

在第三单独方面中，本发明可以采取一种使用扫描成像设备来形成包含感兴趣区块和不感兴趣区块的区域的图像的方法的形式。该方法包括执行简略扫描，从而收集不如可能的情况精确的信息，但是也花费较少的时间，并使用来自简略扫描的数据以确定表示不感兴趣区块的像素。然后，以较慢的速度执行扫描，但是不扫描确定为表示不感兴趣区块的像素，从而更快速地完成扫描。

在第四单独方面中，本发明可以采取扫描电子显微镜组装件的形式，该扫描电子显微镜组装件包括数据输入子组装件，该数据输入子组装件适合于允许用户输入将要扫描的样品中感兴趣结构的尺寸特征，以及其中尺寸特征影响样品的扫描。

前文非常泛泛地概述了本发明的特征和技术优点，以便可以更好地理解下文对本发明的详细描述。下文将描述本发明的附加特征和优点。本领域技术人员应该认识到，所公开的概念和特定实施例可以容易地被利用作为基础来修改或设计用于实现本发明的相同目的的其他结构。本领域技术人员还应该认识到，此类等同构造不背离所附权利要求书中提出的本发明的精神和范围。

附图说明

为了更透彻地理解本发明及其优点，现在参考与附图一起得到的下文描述，其中：

图1示出设置在环氧树脂中的酵母细胞的显微图；

图2示出与其他矿物质散布的页岩的显微图；

图3示出给定像素样本灰度级值以及设置为产生错误找到低像素灰度级的低概率的阈值下，实际像素灰度级的概率密度函数；

图4示出给定像素样本灰度级值的平均的集合以及设置为产生错误找到低像素灰度级的低概率的阈值下，实际像素灰度级的概率密度函数；

图5示出给定像素样本灰度级值的平均的集合（其中该集合包含比图4的集合更多的样本值）以及设置为产生错误找到低像素灰度级的低概率的阈值下，实际像素灰度级的概率密度函数；

图6示出设置在固体培养基中且以截面示出的一组四个酵母细胞；以及

图7示出酵母细胞的俯视图，其具有透明的外膜以使细胞器是可见的。

图8示出沿着图7的直线8-8取得的图7的酵母细胞的侧截面图。

图9示出沿着图7的直线9-9取得的图7的酵母细胞的侧截面图。

图10示出可以用于实现本发明的优选实施例的示范双射束FIB/SEM系统。

具体实施方式

本发明的实施例旨在说明减少形成体积的图像中必须获取的数据样本的数量的方法以及并入方法的装置。一个优选实施例依赖下列事实，即，通常在成像的体积中，可有表示感兴趣结构的一些特定部分，而图像数据的其余部分价值很少或没有价值。例如，在图1中，细胞10是感兴趣结构，而图像中呈现为亮浅灰色场的环氧树脂封固剂12则是不感兴趣的。同样地，在图2中，页岩是感兴趣的，而呈现为白色场的间隙材料22则是不感兴趣的。

为了避免扫描以收集在不感兴趣区域中的像素数据，在完整扫描区域之前，数据处理器必须关于什么区域表示感兴趣结构以及什么区域不是作出确定，该数据处理器通常形成扫描图像形成设备的一部分。在图1和图2给出的两个示例中，不感兴趣区块比感兴趣区块亮。当情况如此时，对更暗灰度阈值处理并去除不够暗的像素（足够高的返回水平）表示将感兴趣区块与不感兴趣区块相区分的一种方法。

为了获取足够决定像素是否值得进一步扫描的灰度值的初步估计，可以使用三种技术，下面段落中更详细地描述所有技术。首先，在其中将扫描的序列添加在一起以形成集成的扫描的系统中，可以将第一个扫描或第一组扫描中的每个像素灰度级与阈值比较以作出确定，然后将其应用于集成的扫描中的随后扫描。其次，在通过FIB/SEM双射束系统对体积的成像中，先前成像的表面可具有在相同感兴趣结构内的区域。例如，生物结构可贯穿渐次地展示的表面中的许多。相应地，可以就先前表面中感兴趣结构的位置作出确定，并且可以将此信息与集成的扫描中的初始扫描数据一起使用来查找当前成像的表面中这些感兴趣结构。最后，在单个扫描内，可以将先前扫描的像素与预期扫描的像素相关。

正如所提到的，扫描电子显微镜通过利用电子束多次（例如20次）扫描样品区域同时由次级电子检测器收集次级电子来形成样品区域的图像来形成图像。这样做以防止当射束停止在任何样品位置中时该位置中电荷的累积。对于每个扫描，存在对射束的响应的测量，即，对于每个像素收集的次级电子的数量（即，真实的像素灰度级的测量）。对于初始扫描，可以将这些像素灰度级测量与阈值比较，以确定是否一些像素灰度测量为足够低的值而能够将它们恰当地推定为来自不感兴趣区块。但是，参考图3，在（来自一系列扫描的）单个扫描之后，每个此类测量110（其测量值正好在真实像素灰度级理论阈值处）具有非常宽的误差概率密度函数（PDF）112，其指示非常可能该实际像素灰度级显著高于像素灰度级测量。这要求设置保守阈值114来避免错误地决定在将来的扫描中不扫描该像素。参考图4，通过集成扫描，对于每个集成的像素测量110，将误差PDF 112收窄，并可以减小阈值114，从而从将来扫描去除更多像素。在仍旧更多扫描之后，在宽度上更进一步减小PDF，如图5所示，并且可以使用还更收紧的阈值114，而不会有太大可能排除掉实际上比初始扫描所指示的更强的像素。

在优选实施例中，此过程持续直到执行了预定数量的扫描或该过程排除的附加像素的数量降到预定水平之下为止。但是，像素去除的结束不一定是扫描的结束，因为可能期望继续收集数据以更精确地评估在感兴趣区块中的像素灰度级。在一个优选实施例中，对具有特别杂色的扫描响应的区块扫描除集成的扫描中的扫描的标准次数之外的附加多次，以便可以形成那个区块中的甚至更精确的像素灰度级。在备选优选实施例中，仅在集成的扫描过程的初始扫描之后，从将来扫描去除像素。在附加备选优选实施例中，检测到闭合的形状并将其包括在将来扫描中，而不在闭合的形状内的像素则从将来扫描去除。

在聚焦离子束（FIB）/扫描电子显微镜（SEM）中，FIB切掉部分材料层，以及SEM对暴露的表面成像。在对初始表面成像之后，可以将初始表面用作引导，其在紧随其后的扫描中提供感兴趣结构的位置的初步指示。许多样品包括规则形状（例如生物样品中的细胞）且大于成像的平面之间的间距的感兴趣结构。相应地，出现在第一成像平面中感兴趣结构外的像素产生对于邻近平面中的对应像素将同样如此的良好指示。将此信息与来自来自集成的扫描的一个或多个第一扫描的信息合并，以提供是否应该将像素包括在随后扫描中的强化指示器。

图6-9图示这一点，其中图6示出设置到环氧树脂中的一组四个酵母细胞，图7示出这些细胞的左上细胞的俯视图，以及图8和图9示出沿着图7中定义的平面8-8和9-9取得的图7的细胞的紧密间隔截面。优选实施例依赖来自图8所示的第一图像平面与来自图9所示的第二图像平面的细胞12的数据之间的相关性。正如可以见到的，因为两个切片紧密接近，两个切片之间存在普遍的相似性。此相似性可以通过将来自图8的切片中的像素与下一帧（图9）中的附近像素的预期评估相关来获得。第一级工作是帮助对照细胞物质12确定哪些像素表示单纯环氧树脂，并避免集成的扫描中的第一扫描之后扫描那些区域。在优选实施例中，此相关性系数对于细胞12边缘附近的像素是连续的，因为它们是具有较大可能性不反映先前扫描的平面中相似定位的像素的感兴趣区块值（真或假）的区域。在优选实施例中，在下一个平面中，对于细胞边界内的像素赋予感兴趣区块值的非常高相关性（0.85），并且此值线性地递减直到达到离细胞边界20个像素的距离为止。在更高级的实施例中，例如当细胞器30同时出现在两个扫描中，并且一般是相同材料时，可以使用像素灰度级以在下一个扫描中获得像素灰度级的更快速评估。

此外，在开始扫描之后，将来自邻近像素的信息与将要扫描的任何像素相关，并将该信息用于增加用于确定是否应该扫描该像素的阈值处理的确定性。在优选实施例中，为了作出此决定，执行直线光栅扫描以外的扫描。例如，每10行和列的像素的间隔地扫描可以帮助在执行更详细扫描之前确定哪里是感兴趣区块。

而且，可以使用来自集成扫描过程中的初始扫描或一组初始扫描或来自相同扫描内的先前扫描的像素的感兴趣像素周围的区域中的像素变化来确定感兴趣区块的存在。这是因为感兴趣区块将确定为具有比背景区域（如无差别的环氧树脂的体积）所具有的更多的特征。

在优选实施例中，将体积扫描中使用的所有上文论述的系数放在一起，其中感兴趣区块具有比不感兴趣区块更高的值像素以及其中具有更高像素变化的区域比具有较低像素变化的区块更可能表示感兴趣区块，使用下文阈值处理不等式来确定要扫描哪些像素：

其中：

T =阈值

C_R=集成的扫描的先前扫描中的相同像素的加权常数

R =先前扫描中像素射束响应的读数

C_PSF=先前表面系数的加权常数

先前表面系数=1（如果像素在邻近的先前扫描表面中的感兴趣区块内）；=1/#ofpix（其中对于#ofpix < 20，#ofpix=与邻近的先前扫描平面中感兴趣区块分隔的像素数量）；以及= 0（其他情况）。

C_SP=每个相关的相同扫描，相同平面，已经扫描的像素的加权常数

SP.Px =相关的，已经扫描的，相同平面像素

C_V =区块像素变化的加权常数

区块像素变化=定义区域（例如感兴趣像素周围100×100像素方块）中的像素的变化

= 误差容限，其设置为产生错误地将像素归类为不感兴趣的预定误差率。

而且，在优选实施例中，甚至对于感兴趣结构，当每个像素的测量误差降到阈值下面时，也停止那个像素的进一步扫描。即，当通过将先前表面信息、来自集成的扫描中先前扫描的信息以及相同平面中先前扫描的像素的信息纳入考虑时，系统能够肯定已经将该像素的值确定为小于预定的容差，不再扫描它。

在一些情况中，可能无法使用公式（1）的信息的全部。例如，如果未使用集成的扫描，则第一项“R”将不可用，以及必须完全基于与先前扫描的表面或相同平面中已经扫描的相关的像素的相关性作出避免扫描像素的任何确定。图像形成的持续时间不仅在体积成像中是问题所在，而且在镶嵌成像中也是有关的。例如，在形成镶嵌图像中收集千兆字节或更多像素可以是必不可少的。在此情况中，来自先前平面的信息是不可用的，以及仅有集成的扫描和相同扫描数据可用于确定不要扫描的区域。最后，甚至在相同扫描中，仍可能无法及时地充分地评估即时扫描的像素，以便就是否要扫描预定接下来要扫描的像素作出决定。在这些情况的每一个情况中，从公式1去除项，并增加，以避免错误地决定不扫描感兴趣像素。

在优选实施例中，C_R、C_PSF、C_SP、C_V和是根据可以由用户输入的要成像的材料的类型和内部特征的方位来设置的。例如，如果将对具有穿过图像平面的许多长特征的材料成像，则将C_PSF设置为相对较高，以及将ε设置为相对较低。用户可以通过用户接口（例如将列出例如组织类型、岩芯样本的类型的下拉菜单）来引入材料类型和内部特征的方位（适合的情况下）。另一个下拉菜单允许选择方位。

正如先前提到的，在优选实施例中，使用来自集成的扫描的早前扫描、先前表面信息和/或相同扫描信息检测感兴趣结构（如细胞）边界。进一步扫描边界内的区域，而不扫描边界外的区域。

图10示出可以用于实现本发明的优选实施例的示范双射束FIB/SEM系统1010。虽然参考的是双射束系统，但是本发明的方面不限于双射束系统，而是还可以在其他带电粒子束系统（如单射束系统）中实现。本发明的一个实施例利用双射束FIB/SEM系统1010，其使用与样本表面的平面垂直或倾斜若干度的离子束和具有也从离子束的轴倾斜（例如52度）的轴的电子束。在一些实施例中，离子束和电子束能够对齐以便两个射束的视场在几个微米或更小内重合。离子束通常用于对工件成像和加工工件，以及电子束主要用于成像，但也可以用于工件的一些修改。电子束通常将产生分辨率比离子束图像更高的图像，并且它将不会像离子束那样损坏被检视的表面。两种射束形成的图像可看上去不同，并且这两种射束因此能够提供比单个射束更多的信息。

此类双射束系统可以由分开的组件制成，或备选地可以由常规设备（例如可从FEI公司（Hillsboro, Oregon）购得的Altura^TM或Expida^TM系统）得到。本发明还可以使用其他粒子束系统来实现，包括例如单射束系统（例如单FIB系统或单SEM系统）或具有两个FIB柱的双射束系统。

聚焦离子束系统1010包括具有上方颈部1012的抽空的罩1011，离子源1014和包括提取器电极和静电光学系统的聚焦柱1016位于该上方颈部1012内。离子束108从离子源1014穿过柱1016以及在1020处示意指示的静电偏转装置之间传向安置在下方腔体1026内的可移动X-Y-Z平台1024上的样本1022。可以采用离子泵或其他抽吸系统（未示出）来抽空颈部1012。利用涡轮分子和机械抽吸系统1030在真空控制器1032的控制下将腔体1026抽空。真空系统在腔体1026内提供介于约1 x 10^-7 Torr与5 x 10^-4 Torr之间的真空。如果使用蚀刻协助、蚀刻阻滞气体或沉积前驱气体，则腔体背景压可增加到通常约1 x 10^-5 Torr。

将高电压供电源1034连接到离子源1014以及连接到聚焦柱1016中的适合电极以用于形成离子束1018并将其同样向下引导。根据模式生成器1038提供的指定模式工作的偏转控制器和放大器1036耦合到偏转板1020，从而可以控制射束1018以在样本1022的上表面上描画出对应的模式。在一些系统中，偏转板置于最后透镜之前，正如本领域中公知的。

离子源1014通常提供镓的金属离子束，当然也可以使用其他离子源，如多交点（multicusp）或其他等离子源。离子源1014通常能够在样本1022处聚焦成低于十分之一微米宽的射束，以用于通过离子铣削、强化蚀刻、材料沉积来修改样本1022或实现对样本1022成像的目的。用于检测用于成像的次级离子或电子发射的带电粒子倍增器1040连接到信号处理器1042，其中将来自带电离子倍增器1040的信号放大，将其转换成数字信号，并经过信号处理。所得到的数字信号用于在监视器1044上显示样本1022的图像。

连同供电源和控制单元1045，扫描电子显微镜1041还设有FIB/SEM系统1010。通过在阴极1052与阳极1054之间施加电压从阴极1052发射电子束1043。借助于聚光透镜1056和目镜1058将电子束1043聚焦到精细点。借助于偏转线圈1060将电子束1043二维地在样品上进行扫描。聚光透镜1056、目镜1058和偏转线圈1060的操作由供电源和控制单元1045控制。

可以将电子束1043聚焦到样本1022上，样本1022位于下方腔体1026内的可移动X-Y-Z平台1024上。扫描电子显微镜1041产生精细聚焦的电子束1043，电子束1043优选地以光栅模式扫描通过结构的表面。当电子束1043中的电子撞击工件1022的表面时，发射次级电子和反向散射电子。这些电子分别被次级电子检测器1040或反向散射电子检测器1062检测到。信号处理器单元1042将次级电子检测器1140或反向散射电子检测器1062产生的模拟信号放大并转换成数字亮度值。所得到的数字信号能够在监视器1044上显示为样本1022的图像。

打开门1070以便将样本1022插入到平台1024上，其可以被加热或降温，并且也用于为内部气体供给贮存器服务（如果其使用了的话）。门被闭锁，以使它在系统处于真空的情况下不能被打开。高电压供电源将适合的加速电压提供到离子束柱1016的电极以用于对离子束1018赋能和将离子束1018聚焦。

气体输送系统1046延伸到下方腔体1026以便将气体蒸汽引入并将其引导到样本1122。授予Casella等人并转让给本发明的受让人的美国专利号5851413 “Gas DeliverySystems for Particle Beam Processing”描述一种适合的气体输送系统1046。授予Rasmussen并也转让给本发明的受让人的美国专利号5435850 “Gas Injection System”中描述另一个气体输送系统。例如，可以输送碘来强化蚀刻，或可以输送有机金属化合物来沉积金属。

系统控制器1019控制双射束系统1010的各个部件的操作。通过系统控制器1019，用户能够通过输入到常规用户接口（未示出）中的命令来使得离子束1018或电子束1043以期望的方式扫描。系统控制器1019还可以包括计算机可读存储器1021并且可以根据存储器1021中存储的数据或编程的指令来控制双射束系统1010。可以使用存储在存储器1021中的或有关样本的CAD数据来创建CAD多边形重叠或其他位置数据用于定位正如上文描述的感兴趣特征和对齐点或转移基准。

根据本发明的一些实施例，一种使用扫描显微镜快速地形成区域的数字图像的方法，其包括重复地扫描样品的区域，并将来自多个扫描的每个像素处的检测器信号集成以产生该区域的图像，其步骤包括：执行初始扫描或一组初始扫描以形成所述区域的引导像素集，该引导像素集是初始扫描或一组初始扫描中的像素的子集，并且是基于初始扫描或一组初始扫描中的像素的灰度来选择的；使用所述引导像素集来识别表示所述区域中感兴趣结构的区块；以及对表示感兴趣结构的所述区块执行附加扫描以收集更多数据以进一步评估所述区块中的像素，而不扫描所述区域中的其他地方。

在一些实施例中，所述扫描或一组扫描仅包括一个扫描。在一些实施例中，所述初始扫描或一组初始扫描包括按照适合于获取感兴趣结构的扫描模式进行的所述区域的局部扫描。在一些实施例中，所述区域是正在扫描的体积的一部分，通过渐次地移除材料以展示新表面，以及每次展示新表面时，扫描所述新表面，其中所述初始扫描或一组初始扫描包括对所述体积内先前展示的表面的扫描。

在一些实施例中，至少部分地通过评估像素强度来识别感兴趣区块。在一些实施例中，至少部分地通过评估区块像素变化来识别感兴趣区块。

适合于执行对区域的扫描以及作为执行对所述区域的所述扫描的一部分的扫描显微镜组装件包括带电粒子源；用于以带电粒子束扫描工件的偏转器；用于将带电粒子束聚焦到工件上的透镜；用于检测响应带电粒子束的撞击来自工件的发射的检测器；用于控制扫描带电粒子束组装件的操作的计算机；以及存储执行初始扫描或一组初始扫描以形成所述区域的引导像素集的指令的计算机可读存储器，该引导像素集是该初始扫描或一组初始扫描中的像素的子集，并且是基于初始扫描或一组初始扫描中的像素的灰度来选择的；使用所述引导像素集来识别表示所述区域中感兴趣结构的区块；以及执行对表示感兴趣结构的所述区块的附加扫描以收集更多数据以进一步评估所述区块中的像素，而不扫描所述区域中的其他地方。

在一些实施例中，所述初始扫描或一组初始扫描仅包括一个扫描。在一些实施例中，所述初始扫描或一组初始扫描是按照适合于获取感兴趣结构的扫描模式进行的所述区域的局部扫描。

在一些实施例中，所述区域是正在扫描的体积的一部分，通过渐次地移除材料以展示新表面，以及每次展示新表面时，扫描所述新表面，以及其中所述初始扫描或一组初始扫描包括所述体积内先前展示的表面的扫描。在一些实施例中，至少部分地通过评估像素强度来识别感兴趣区块。在一些实施例中，至少部分地通过评估区块像素变化来识别感兴趣区块。

根据本发明的一些实施例，一种使用扫描成像设备来形成包含感兴趣区块和不感兴趣区块的区域的图像的方法，其包括执行简略扫描，从而收集不如可能的情况精确的信息，但是也花费较少的时间，并使用来自所述简略扫描的数据以确定表示不感兴趣区块的像素，并且以较慢的速度执行扫描，但是不扫描确定为表示不感兴趣区块的像素，从而更快速地完成所述扫描。

在一些实施例中，所述扫描设备是扫描电子显微镜。在一些实施例中，所述区域是合并在一起形成合并的图像的一组区域中的一个区域。在一些实施例中，所述区域是垂直于所述一组区域的平面维堆叠以形成体积的一组区域中的一个区域。在一些实施例中，所述区域是镶嵌在一起的一组区域中的一个区域。

在一些实施例中，所述快速扫描是集成的扫描过程期间执行的第一组扫描。在一些实施例中，所述第一组扫描仅包括一个扫描。

根据本发明的一些实施例，一种扫描电子显微镜组装件，其包括数据输入子组装件，该数据输入子组装件适合于允许用户输入要扫描的样品中感兴趣结构的尺寸特征，以及其中所述尺寸特征影响所述样品的扫描。

在一些实施例中，所述尺寸特征影响确定扫描的哪些部分不是感兴趣区块并跳过这些部分的算法。在一些实施例中，所述数据输入子组装件包括下拉菜单。根据本发明的一些实施例，一种使用扫描显微镜快速地形成样品的图像的方法，其包括执行由第一组像素构成的第一区域的初始扫描或一组初始扫描以确定第一组中的像素的每个的第一灰度值；分析第一组中的像素的第一灰度以识别表示所述区域中感兴趣结构的第一区块，所述第一区块包括比第一组中的像素数量更少的像素；以及执行对所述区块的附加扫描以确定仅所述区块的像素的第二灰度值，通过集成比确定第一灰度所使用的扫描的数量更多的扫描来确定该第二灰度值，从而提高该区块中的像素的测量的灰度值的精确度，同时在附加扫描中包括较少的像素。

在一些实施例中，分析第一组中的像素的第一灰度以识别第一区块包括，将像素的第一灰度与阈值比较，阈值取决于用于确定像素的第一灰度的集成的扫描的数量。在一些实施例中，分析第一组中的像素的第一灰度以识别第一区块包括，将像素的第一灰度与阈值比较，阈值取决于相邻层次的灰度。

在一些实施例中，执行附加扫描包括，分析第二组中的像素的第二灰度以识别表示所述区域中感兴趣结构的第二区块，所述第二区块是第一组的子集且包括比第一组更少的像素，以及还包括执行对所述区块的附加扫描以确定仅所述第二区块的像素的第三灰度值，通过集成比用于确定第二灰度的扫描数量更多的扫描来确定该第三灰度值。

在一些实施例中，该方法还包括通过从样品移除包括第一区域的材料层来暴露第二区域；以及扫描第二区域的第二区块，该第二区块包括第二区域中的像素的子集并由第一区块确定。

在一些实施例中，该方法还包括渐次地移除材料以展示新表面，以及每次展示新表面时，扫描每个新表面的有限区块，该有限区块由先前扫描中的像素的灰度确定。在一些实施例中，通过邻近像素的灰度和先前层中相同位置处的像素的灰度来确定阈值。

根据本发明的一些实施例，一种扫描带电粒子束组装件包括带电粒子源；用于以带电粒子束扫描样品的偏转器；用于将带电粒子束聚焦到样品上的透镜；用于检测响应带电粒子的撞击来自样品的发射的检测器；用于控制扫描带电粒子束组装件的操作的计算机；以及存储用于执行先前描述的方法的实施例的指令的计算机可读存储器。

根据本发明的一些实施例，一种使用扫描射束形成图像的方法，其包括扫描视场以确定视场中的像素值；分析像素值以确定表示感兴趣特征的像素的子集；以及仅在像素的子集上执行附加扫描以产生感兴趣特征的图像。

在一些实施例中，分析像素包括将像素的灰度与阈值比较。在一些实施例中，阈值取决于用于确定像素值的扫描的数量。在一些实施例中，阈值取决于相邻像素的灰度。在一些实施例中，执行附加扫描包括移除材料层并扫描新暴露的表面，通过先前层次中的对应像素的灰度来确定扫描的新暴露的表面的像素。在一些实施例中，重复移除材料层并扫描新暴露的表面，通过先前层次中的对应像素的灰度来确定扫描的新暴露的表面的像素，以形成三维图像。

虽然详细地描述了本发明及其优点，但是应该理解，在不背离所附权利要求书定义的本发明的精神和范围的前提下可以在本文中进行多种更改、替代和更换。而且，本申请的范围不打算限于本说明书中描述的过程、机器、制造品、合成物、装置、方法和步骤的特定实施例。因为本领域技术人员将容易地根据本发明的公开认识到，根据本发明可以利用当前现存或以后将开发的实质性地执行与本文描述的对应实施例相同功能或实质性地实现与之相同的结果的过程、机器、制造品、合成物、装置、方法或步骤。相应地，所附权利要求书意图将此类过程、机器、制造品、合成物、装置、方法或步骤包含在其范围内。

Claims

1.一种使用扫描显微镜快速地形成样品的图像的方法，其包括：

对由第一组像素构成的所述样品的第一区域执行初始扫描或一组扫描以确定所述第一组像素中的每个像素的第一灰度；

分析所述第一组像素中像素的第一灰度以识别表示所述第一区域中的感兴趣结构的第一区块，所述第一区块包括比所述第一组像素中像素的数量更少的像素；

使用所述扫描显微镜执行对所述第一区块的附加扫描以确定仅所述第一区块的像素的第二灰度值，通过集成比确定所述第一灰度所使用的扫描的数量更多的扫描来确定所述第二灰度值，从而提高所述第一区块中的像素的所测量的灰度值的精确度，同时在所述附加扫描中包括较少的像素；以及

渐次地从所述样品移除材料以展示新表面，以及每次展示新表面时，扫描每个新表面的有限区块，所述有限区块由先前扫描中的像素的灰度确定，其中先前扫描中的像素的灰度用于识别可以从扫描中排除的展示的新表面的区块。

2.如权利要求1所述的方法，其中分析第一组像素中的像素的第一灰度以识别第一区块包括，将所述像素的第一灰度与阈值比较，所述阈值取决于相邻像素的灰度。

3.如权利要求1至2中任一项所述的方法，其中执行附加扫描包括，分析第二组中的像素的第二灰度以识别表示所述区域中的感兴趣结构的第二区块，所述第二区块是所述第一组像素的子集且包括比所述第一组像素更少的像素，以及还包括执行对所述区块的附加扫描以确定仅所述第二区块的像素的第三灰度值，通过集成比用于确定所述第二灰度的扫描的数量更多的扫描来确定所述第三灰度值。

4.如权利要求1所述的方法，还包括

通过从所述样品移除包括所述第一区域的材料层来暴露第二区域；以及

扫描所述第二区域的第二区块，所述第二区块包括所述第二区域中的像素的子集并由所述第一区块确定。

5.如权利要求2所述的方法，其中通过邻近像素的灰度和先前表面中相同位置处的像素的灰度来确定所述阈值。

6.一种使用扫描射束形成图像的方法，其包括：

扫描视场中的样品的表面以确定所述视场中的像素值；

分析所述像素值以确定表示感兴趣特征的像素的子集；

使用所述扫描射束仅在所述像素的子集上执行附加扫描以产生所述感兴趣特征的图像；

从所述样品移除一层材料以暴露所述样品的随后的表面；以及

使用所述扫描射束扫描所述随后的表面，通过先前扫描的表面中的对应像素的灰度来确定扫描的所述随后的表面的像素，其中先前扫描的表面中的对应像素的灰度用于识别可以从扫描中排除的暴露的新表面的区块。

7.如权利要求6所述的方法，其中分析所述像素值包括将所述像素的灰度与阈值比较。

8.如权利要求7所述的方法，其中所述阈值取决于用于确定所述像素值的扫描的数量。

9.如权利要求7所述的方法，其中所述阈值取决于相邻像素的灰度。

10.如权利要求6-9中任一项所述的方法，其中重复进行从所述样品移除材料层以暴露随后的表面并使用所述扫描射束扫描所述随后的表面，通过先前扫描的表面中的对应像素的灰度来确定扫描的所述随后的表面的像素，以形成三维图像。

11.一种扫描带电粒子束系统，其包括：

带电粒子源；

用于以带电粒子束扫描样品的偏转器；

用于将所述带电粒子束聚焦到所述样品上的透镜；

用于检测响应带电粒子与所述样品的撞击的来自所述样品的发射的检测器；

用于控制所述扫描带电粒子束系统的操作的计算机，所述计算机配置成引导所述扫描带电粒子束系统来执行如权利要求1所述的方法。